拖拉机耕深微机控制系统的研究.pdf

1994-2010ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.年月农业机械学报第卷第期拖拉机耕深微机控制系统的研究程文祥【摘要】阐述了用微机控制拖拉机耕深的工作原理、接口电路和软件设计特点。室内模拟和田间试验表明,以一单片机为主体的一型微机耕深控制系统对耕深的控制达到了耕深均匀、操作方便、防止陷车的目的。叙词耕深,犁耕阻力,微机控制作者根据机电一体化的思路,在一型基础上,力图用智能化控制技术,对拖拉机耕作作业中耕深进行自动控制,取代传统的机械式调节装置,以求达到耕深均匀、工作平稳的目的,并使拖拉机及其农机具始终处于良好的工作状态,防止超负荷作业和陷车,提高耕作质量和经济效益。试验设计与系统工作原理以“奔野一”拖拉机悬挂三桦犁作为试验机组。耕深采用数字设定,以反映耕深的位移传感器信号作为负反馈,改善耕作质量。以反映犁耕垂直阻力的力传感器输出信号作为负反馈,防止陷车、陷耕。采用“算术平均法”作数字滤波,以减小系统中存在的脉冲干扰。初始值的“浮动”,增强系统直观和可操作性,防止外部环境因子温度变化对耕深设定的影响。控制原理如图,取与拖拉机耕深成正比的模拟信号了作负反馈,且与拖拉机耕深的给定信号组成闭环控制系统。取犁耕垂直阻力作为力反馈信号,经非线性反馈环节,心,、,二介”构成有条件的第二反馈回路,凡是根据拖拉机实际能力确定的最大允许犁耕阻力。一单片机对位反馈和力反馈信号进夕夕忆忆图自动控制耕深的原理图行采样、滤波和运算,获得控制信号创,以实现控制电液伺服系统中的电液伺服阀,达到控制液压油进出油缸的流量大小和流向,从而达到控制耕深的目的。同时单片机完成的比较,当窟凡,引人负反馈弓,防止陷车。控制系统时间常数虽大,但和负载变化相比甚微,因此系统可采用比例调节控制。控制表达式如下正常犁耕阻力时程文祥浙江农业大学副校长副教授,。杭州市华家池1994-2010ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.农业机械学报年一,当犁耕垂直阻力,时占一一,一式中,创是偏差,即为电液伺服阀控制信号、是比例系数。耕深采用数字量设定,凡,、经采样、转换、数字滤波也是数字量,和,。所以用模拟量表达的、式改用离散系统的数字量表达式可改写为公一一式可改写为乙一了一,单片机选型,单片机体积小,重量轻,抗干扰能力强,对环境要求不高,价格低廉,可靠性高,灵活性好,开发也较为容易。一系列单片机芯片有片内有字节、片内有字节和片内无和。考虑到价格最便宜,扩展问题也总是存在的必须要扩展,即使选也须固化芯片。加之具有固化的条件,所以选用。选用可编程并行芯片作为键盘和显示的核心单元。选用字节芯片。选用字节芯片。该单片机和“奔野一,拖拉机相配合使用有较合理的性能价格比。反彼参数及传感器反映耕深的负反馈信号来自采用差动变压器式位移传感器,该传感器安装在拖拉机机体上,通过杠杆机构,同反映耕深变化的下拉杆相连接,输出信号经一型电液伺服放大器内已有的交流介调放大器作前置放大后经转换作为位移反馈信号,另一个负反馈信号犁耕阻力,由安装在上拉杆中应变片式力传感器输出上拉杆受力信号,经自行设计的直流放大器放大后,经转换得。电液伺服阀采用液压伺服系统取代拖拉机原有的液压系统,达到用电信号控制原有机械式手动控制的目的。同时保留了原有液压系统的工作性能。液压伺服系统的关键部件是一型电液伺服阀,在微处理机输出电压信号控制下,改变液压油进出油缸的流量和流向,从而控制犁架的升降,达到自动控制耕深的目的。微处理机硬件及软件设计特点一单片机耕深控制系统框图如图所示。与转换接口由于位移、犁耕阻力信号经过传感器变换后均为模拟电压信号,在送人计算机前必须将模拟键键盘盘口口口图拖拉机耕深自动控制框图1994-2010ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.第期拖拉机耕深微机控制系统的研究量转换成数字量,选择位二作为转换器,它允许路模拟量信号输人,转换方式采用逐次逼近法,转换速度和精度都能得到较满意的结果,由于负载信号频率很低,所以未设置采样保持器。计算机输出的数字量必须再由转换器转换成模拟量,才能去控制电液伺服阀。这里选用位作为转换器,其特点为位数字的输人是通过两个独立的位寄存器传送,芯片具有双缓冲作用,即具有输出保持犷“护护万,力咋“眨二主双云一,一丫丫,尸,刀之叨”一”,气可万万万一,、。尸面天天天,月阵一一一咬万万万一丽呈孚留厂厂厂心解口口口口口口口口,凡图和兀、和一的连接电路图作用。、的接线图如图。力传感器信号放大电路设置在上拉杆的拉压传感器输出信号需经电压放大才能符合转换器输人电压的要求,所设计的直流信号放大器的作用是隔离输出,并使输出阻抗与转换器的阻抗相匹配提高输出电平,适应转换器对输人电平的要求,由于拉压传感器输出信号极其微弱,因此要求用作前置放大的集成运算放大器具有低失调、低零漂、高抗共模干扰的能力,这里选用具有斩波自稳零特性的第四代集成运算放大器作前置放大器,信号放大电路如图所示。共模电压范围为一一么负电压供电,考虑使用方便,供桥电压也取一。同其它器件一样,一一自自口口口图力传感器信号放大电路同样存在晶闸管效应,故在和一间串联一只限流电阻,输人端保护采用反并联只开关二极管。为了滤掉输出端的高频脉冲,在输出端接了的低通滤波器。,拜。记忆电容选用高阻抗优质电容。第二级运算放大器也是高增益放大器,可调整输出电平的大小。控制系统的软件设计特点整个控制系统的计算机程序采用汇编语言,包括初始化、显示和键分析程序、数据采样,另外,考虑以下几点根据位移传感器和力传感器工作情况,系统采用“零点浮动”的方法,以减少外部环境因子和元器件对初始值的影响。按实测情况,位移传感器、力传感器输出为脉动信号,所以采样后数据用“算术平均法”进行处理,减小脉冲对系统工作的干扰。根据文献,控制方式分正常犁耕阻力和特殊情况二种控制方法,以达到更好稳定耕1994-2010ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.农业机械学报年图中断服务程序框图深、防止陷车或陷耕的目的。耕深采用数字设定,增强操作的直观性。总的框图见图、图。设设算术平均法厂川。,一扣峨开中断允许面了中断画摹画画开中断,允许爪了中断并使相应单元为零微机控制系统的性能试验与分析该控制系统对“奔野一”拖拉机分别进行了室内模拟和田间试验。模拟试验表明,上拉杆拉压传感器受力与犁耕深度作用在犁上垂直阻力不变,巧十乌十如凡银价十只目十与心十刀闷图主程序框图和作用在犁上垂直阻力耕深不变呈良好的线性关系,为该系统采用线性控制提供了依据。在模拟试验中,把位移传感器随耕深的变化输出特性调整到线性范围之内,根据农艺要求,一般最大耕深不超过,故耕深设定范围为一。田间试验在杭州市近郊浙江农业大学实验农场的麦茬田中进行,试验数据见下表。从试验数据的分析可知,给定耕深与位移传感器反映的耕深和田间实测耕深基本保持一致,至于号试验中位移传感器反映的耕深和田间实测耕深较给